Wasserstoffpaste

  • Vor 1-2 Jahren habe ich das erste mal was von Wasserstoffpaste gehört, das aber als Blödsinn eingestuft.

    Inzwischen gibt es immer öfter Berichte dazu, was mich zu der Annahme / Hoffnung bringt, dass das

    gar kein Blödsinn ist. Weiß da jemand konkreteres? Kann man das als Zukunftstechnologie einstufen?

    Lesen gefährdet die Dummheit! Denken gefährdet Vorurteile!
    Der geistige Horizont mancher Menschen hat einen Radius von NULL. Das nennen sie dann Standpunkt.

  • Es wird daran geforscht, deshalb wird es noch wenig konkretes geben außer Daten vom Forscherteam selbst.

    Aber es liest sich zumindest theoretisch machbar. Über den Wirkungsgrad habe ich aber nichts gefunden.

    Jetzt hat ja die Wasserstoff Elektrolyse schon einen miserablen Wirkungsgrad, dann die "Herstellung" der Paste und

    das zurückholen ins Gasförmige. Wobei auch hier Fortschritte mit der Zeit kommen werden würden.

    50kw elektrisch Erdgas BHKW von Yados

    25kw Absorptionskältemaschine aus BHKW-Abwärme

    Photovoltaikanlage 99,9 kwp

  • Jetzt hat ja die Wasserstoff Elektrolyse schon einen miserablen Wirkungsgrad, dann die "Herstellung" der Paste

    Genau hierauf zielt meine Frage. Wenn (wie überall gesagt) die Hälfte des Wasserstoffs erst bei der Auflösung der Paste aus dem Wasser entsteht, dann muss die dabei frei werdende Energie der Paste irgendwann zugeführt worden sein. D.h logisch gesehen sind 50% davon ja ein eigener Energiezyklus zusätzlich zur Elektrolyse, der besser oder schlechter sein kann, als die Elektrolyse. Wenn der ungefähr auf den gleichen Wirkungsgrad käme, dann wäre die Paste zum mindesten eine gute Speichermethode. :glaskugel:

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  • Ausgangsmaterial von Wasserstoffpaste ist pulverförmiges Magnesium – eines der häufigsten Elemente und somit ein leicht verfügbarer Rohstoff. Bei 350 Grad Celsius und fünf- bis sechsfachem Atmosphärendruck reagiert das Magnesium mit Wasserstoff zu Magnesiumhydrid. Hinzu kommen noch Ester und Metallsalz – fertig ist die Wasserstoffpaste.

    350°C klingt jetzt nicht gerade effizient. Die Reaktion ist aber zumindest mal exotherm.


    Manchmal ist besonders interessant was nicht gesagt wird: Was bleibt von dem Magnesium übrig?

    Vollständiger erklärt: https://www.zess.fraunhofer.de…serstofftechnologien.html

    POWERPASTE erzeugt gasförmigen Wasserstoff beim Kontakt mit Wasser (Hydrolyse-Reaktion):

    MgH2 + 2 H2O → 2 H2 + Mg(OH)2

    POWERPASTE enthält etwa 10 Masse-% Wasserstoff, d.h. 1 kg Wasserstoff kann aus 10 kg POWERPASTE gewonnen werden. Dies entspricht einer spezifischen Energie von 1600 Whel/kg und einer Energiedichte von 1900 Whel/Liter (ca. 10-fache Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien).

    Wie mit dem Magnesiumhydroxid umgegangen wird lässt die EnBW unter den Tisch fallen.


    Es braucht nochmal 350-600°C um Magnesiumoxid daraus zu machen und den verbliebenen Wasserstoff zu lösen.

    Aber wahrscheinlicher ist das man es mit Salzsäure löst und in Elektrolyse aus Magnesiumchlorid wieder reines Magnesium macht.



    Um ein Gefühl dafür zu bekommen was da derzeit anvisiert wird:

    Zitat

    POWERPASTE ist patentiert (WO2014198948; WO2015189247) und bietet viele Vorteile gegenüber anderen Energiespeichertechnologien, insbesondere im Leistungsbereich von 100 W bis 10 kW,



    Die Energiedichte ist zwar hoch interessant. Aber der Aufwand (für einen geschlossenen Kreislauf) ist nicht ohne... =O

  • Ergänzend dazu sollte man erwähnen, dass in der Fraunhofer-Rechnung mit 1,6 kWh(el)/kg anscheinend bereits die Konversion zu elektrischem Strom mitgerechnet ist (damit man die Werte mit einer Batterie vergleichen kann).


    Wasserstoff selbst hat einen Energiegehalt von ca. 33 kWh/kg, also werden mit dem angegebenen Wert von 1 kg H2 aus 10 kg Paste eigentlich 3,3 kWh/kg freigesetzt. Für den aus der Paste gewinnbaren Strom rechnet man demnach mit einem Gesaamtwirkungsgrad von 1,6/3,3= 48,5%. Für eine Brennstoffzelle allein ist dieser Wert m.E. nicht besonders gut, aber wahrscheinlich werden hier noch Verluste aus Nebenaggregaten o.dgl. angesetzt.


    Für den Vergleich mit einer Batterie ist das die richtige Rechenweise. Vergleicht man aber Gewicht und Volumen der Paste mit anderen Methoden zur Speicherung von Wasserstoff (Drucktanks bzw. chemische Speicherung z.B. als NH3 oder über LOHC), so sollte man den vollen Energiegehalt ansetzen bzw. gleich in kg H2 pro kg Speichermasse (einschl. Gewicht der Tankhülle) rechnen.


    Die für viele Anwendungen – z.B. in LKW – entscheidende Frage ist aber wohl wirklich der Gesamtwirkungsgrad, denn Verluste kosten in aller Regel Geld. Leider schweigt sich Fraunhofer darüber aus. Jedenfalls entsteht bei der exothermen Reaktion von Mg mit H2 zu MgH2 Abwärme in mir unbekannter Menge, die zwar nach dem Start der Reaktion vorzüglich geeignet ist um die Reaktionstemperatur aufrecht zu erhalten, aber danach in der Energiebilanz fehlt. Und die spätere Hydrolyse zu H2 + Mg(OH)2 ist auch wieder exotherm – vielleicht gut um im Winter die Fahrerkabine zu heizen, aber ansonsten ist dieser Teil der im System enthaltenen Energie auch verloren.


    Aus den Veröffentlichungen scheint mir hervorzugehen, dass als Anwendungsgebiet deshalb vor allem Systeme gedacht sind, wo es weniger auf den Gesamtwirkungsgrad ankommt sondern auf ein möglichst niedriges Gesamtgewicht des Energiespeichers. In den Sinn kommt einem da die Luftfahrt einschl. Drohnen, wohl auch für militärische Einsatzgebiete. Aber insgesamt sehe ich das als Nischen-Technologie.

    Viessmann Vitotwin 300-W (1 kWel, 6 kWth) seit 2012

    PV-Anlage 8,45 kWp (65 x Solarworld SW 130poly Ost/Süd/West, SMA 5000 TL und 3000) seit 2010

    Solarthermie Viessmann Vitosol 300 Vakuumröhren 13,8 qm (Vorgänger Flachkollektoren 14 qm 2004-2021, davor 8 qm 1979-2003)

    2 Mal editiert, zuletzt von sailor773 () aus folgendem Grund: Ergänzung

  • 48,5%. Für eine Brennstoffzelle allein ist dieser Wert m.E. nicht besonders gut,

    Naja, wo liegen denn die "BHKWs"?


    Aber insgesamt sehe ich das als Nischen-Technologie.

    Angeblich bei E-Mobilen verschiedener Art. Da frage ich mich, wie groß die Brennstoffzelle für einen Roller ausfällt, der auch min. 500W braucht :zocken:

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  • Naja, wo liegen denn die "BHKWs"?

    Ich glaube, das kann man nur eingeschränkt vergleichen. Bei den direkt mit H2 betriebenen Fahrzeug-BZ fällt vor allem der Methan-Reformer weg, der frisst auch Energie. Jedenfalls rechnet das – in dieser Beziehung eher kritisch eingestellte – UBA für Brennstoffzellen in Fahrzeugen mit 45% Verlusten, d.h. 55% Wirkungsgrad. Andere Quellen (z.B. hier) nennen Wirkungsgrade bis 65%. Die genannten Größenordnungen passen zu den Verbrauchsangaben realer BZ-Fahrzeuge: Beispielsweise für den Hyundai Nexo wird ein (Test-) Verbrauch von 1 kg Wasserstoff auf 100 km angegeben. Mit 55-65% Wirkungsgrad der BZ wären das 18,1 bis 21,5 kWh, die beim Elektromotor ankommen: Also Werte, die für ein solches Fahrzeug mit Batterie durchaus üblich wären.


    Das sind wohlgemerkt nur die Wirkungsgrade der BZ selbst. Rechnet man die Verluste bei der H2-Elektrolyse (laut UBA 25%) und für Transport/Verdichtung (10%) hinzu, so kommt man für ein Wasserstoff-Auto im Mittel auf einen Wirkungsgrad "Windkraftanlage bis E-Motor" von 0,75*0,9*0,6= ca. 40%. Zum Vergleich: Bei BEV sind es – vor Verlusten im E-Motor und im Auto, die für alle gleich sind – um die 80-90%.


    Bei der Paste ist der Wirkungsgrad schlechter, weil man zusätzlich die Verluste aus der Magnesium-Hydrierung sowie den Aufwand für die Magnesium-Elektrolyse (aus dem Endprodukt Magnesiumhydroxid bzw. MgCl2) mit einrechnen muss. So wie ich das verstanden habe, besteht die Paste vor allem aus Magnesiumhydrid MgH2, welches kontrolliert mit Wasser reagiert (wo genau das Wasser herkommt steht da nicht, aber es ist wohl das Reaktionswasser aus der Brennstoffzelle) und dabei – sowohl durch Aufspaltung des Hydrids als auch des Wassers – H2 freisetzt. Wenn aus 10 kg Paste 1 kg Wasserstoff entsteht, kann man aus der o.g. Reaktionsgleichung und den Molekulargewichten von H2 (2) und Mg (24) ableiten, dass in der Paste etwa (1/4*24=) 6 kg Magnesium enthalten sein müssen. Die Hälfte des erzeugten Wasserstoffs kommt aus dem Wasser und kostet nichts. Aber der Stromverbrauch für die Herstellung von Mg (über Elektrolyse aus Magnesiumchlorid, wie oben richtig gesagt) liegt bei 35-40 kWh pro kg Magnesium, also mindestens 210 kWh für 6 kg. Der im Magnesiumhydrid enthaltene Wasserstoff muss ebenfalls elektrolytisch produziert werden, was für 0,5 kg H2 (bei einem Elektrolysen-Wirkungsgrad von 75%) noch mal 22 kWh ausmacht. Unterm Strich kommt man so auf ca. 230 kWh für 1 kg Pasten-Wasserstoff mit einem Energiegehalt von 33 kWh. Am Elektromotor kommen davon lt. Veröffentlichung noch 16 kWh Strom an, woraus sich bezogen auf den ursprünglichen Stromeinsatz ein Gesamtwirkungsgrad von theoretisch 16/230= 7% ergibt. Hiervon abzuziehen wäre noch die Energie für die Aufbereitung des Magnesiumhydroxids für die nächste Elektrolyse und für die Herstellung des Magnesiumhydrids.


    Unterm Strich liegt man (ohne irgendwelche Einzelheiten zu kennen) wohl nicht grob falsch, wenn man den Gesamtwirkungsgrad für das Pasten-Verfahren auf maximal ein Sechstel dessen für verdichteten Wasserstoff ansetzt. Im Vergleich zu einer Standard-Autobatterie ist es weit weniger als ein Zehntel. Deswegen gehe ich davon aus, dass dieses Verfahren nur für Anwendungen in Frage kommt, wo die Vorteile der hohen Energiedichte den energetischen Nachteil bei weitem überwiegen.

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    Solarthermie Viessmann Vitosol 300 Vakuumröhren 13,8 qm (Vorgänger Flachkollektoren 14 qm 2004-2021, davor 8 qm 1979-2003)

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